MÔ HÌNH MÔ PHỎNG CỦA PHẦN MỀM AVL-BOOST
3.2.7 Ảnh hưởng góc đánh lửa đến quá trình cháy của xăng và hỗn hợp xăng+khí HHO có bổ sung không khí
3.2.7.1 Tốc độ cháy của xăng và hỗn hợp xăng+HHO
Khi bổ sung khí HHO vào đường nạp động cơ, do khả năng bắt cháy nhanh của hyđrô (thành phần chính của HHO) nên thời điểm cháy bắt đầu sớm hơn, thời gian cháy trễ rút ngắn, quá trình cháy kết thúc sớm hơn.
Hình 3.18 thể hiện tỷ lệ cháy (đƣợc định nghĩa là tỷ số giữa lƣợng hỗn hợp đã cháy chia cho tổng khối lƣợng hỗn hợp có trong xylanh) ở ba góc đánh lửa khác nhau khi có và không có khí HHO bổ sung. Ta có thể thấy, ở tốc độ thấp, góc đánh lửa 180 trước ĐCT, quá trình cháy trong xylanh có bổ sung khí HHO kết thúc trước so với khi sử dụng xăng khoảng 70 khi bướm ga mở 30% và khoảng 50 khi bướm ga mở 50%.
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
-20 -10 0 10 20 30 40
Tỷ lệ cháy (-)
Góc quay trục khuỷu (độ) Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 3200 vòng/phút - 30% bướm ga
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
-20 -10 0 10 20 30 40
Tỷ lệ cháy (-)
Góc quay trục khuỷu (độ) Xăng (12)
Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 5600 vòng/phút - 30% bướm ga
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
-20 -10 0 10 20 30 40
Tỷ lệ cháy (-)
Góc quay trục khuỷu (độ) Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 3600 vòng/phút - 50% bướm ga
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
-20 -10 0 10 20 30 40
Tỷ lệ cháy (-)
Góc quay trục khuỷu (độ) Xăng (12)
Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 6800 vòng/phút - 50% bướm ga
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
-20 -10 0 10 20 30 40
Tỷ lệ cháy (-)
Góc quay trục khuỷu (độ) Xăng (12)
Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 5200 vòng/phút - 70% bướm ga
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
-20 -10 0 10 20 30 40
Tỷ lệ cháy (-)
Góc quay trục khuỷu (độ) Xăng (12)
Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 7600 vòng/phút - 70% bướm ga
Hình 3.18 Diễn biến tỷ lệ cháy trong xylanh động cơ khi bổ sung khí HHO+không khí vào đường nạp ở các góc đánh lửa khác nhau
3.2.7.2 Áp suất trong xylanh
Hình 3.19 thể hiện diễn biến áp suất trong xylanh động cơ khi sử dụng xăng và hỗn hợp xăng + khí HHO có bổ sung không khí khi góc đánh lửa thay đổi 120, 150 và 180 trước ĐCT; bướm ga mở 30%, 50% và 70%. Do tốc độ cháy của hyđrô rất lớn, nên giai đoạn cháy trễ và thời gian cháy giảm. Vì vậy, quá trình cháy diễn ra sớm, nên áp suất trong xylanh tăng lên và đạt giá trị Pmax . Do đó tốc độ tăng áp suất trong xylanh tăng nhanh, động cơ làm việc rung giật, có độ ồn lớn. Qua đây cũng
cho thấy áp suất trong xylanh giảm khi tăng tốc độ động cơ, thời gian (tính theo s) dành cho toàn bộ quá trình cháy giảm.
0 1 2 3 4 5 6
-20 -10 0 10 20 30 40
Áp suất (MPa)
Góc quay trục khuỷu (độ) Xăng (12) Xăng+HHO+K.khì (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 3200 vòng/phút - 30% bướm ga
0 0.5 1 1.5 2 2.5
-20 -10 0 10 20 30 40
Áp suất (MPa)
Góc quay trục khuỷu (độ) Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 5600 vòng/phút - 30% bướm ga
0 1 2 3 4 5 6 7
-20 -10 0 10 20 30 40
Áp suất (MPa)
Góc quay trục khuỷu (độ) Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 3600 vòng/phút - 50% bướm ga
0 1 2 3 4
-20 -10 0 10 20 30 40
Áp suất (MPa)
Góc quay trục khuỷu (độ) Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 6800 vòng/phút - 50% bướm ga
0 1 2 3 4 5
-20 -10 0 10 20 30 40
Áp suất (MPa)
Góc quay trục khuỷu (độ) Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 5200 vòng/phút - 70% bướm ga
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
-20 -10 0 10 20 30 40
Áp suất (MPa)
Góc quay trục khuỷu (độ) Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 7600 vòng/phút - 70% bướm ga
Hình 3.19 Diễn biến áp suất trong xylanh động cơ khi bổ sung khí HHO+không khí vào đường nạp ở các góc đánh lửa khác nhau
3.2.7.3 Tốc độ tăng áp suất trong xylanh
Hình 3.20 thể hiện sự thay đổi áp suất trong xylanh động cơ, có thể thấy tốc độ tăng áp suất tăng lên khi sử dụng hỗn hợp xăng + khí HHO có bổ sung không khí ở các góc đánh lửa khác nhau .
-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4
-20 -10 0 10 20 30 40
Tốc độ tăng áp suất (MPa/độ)
Góc quay trục khuỷu (độ) Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 3200 vòng/phút - 30% bướm ga
-0.05 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
-20 -10 0 10 20 30 40
Tốc độ tăng áp suất (MPa/độ)
Góc quay trục khuỷu (độ) Xăng (12)
Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 5600 vòng/phút - 30% bướm ga
-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
-20 -10 0 10 20 30 40
Tốc độ tăng áp suất (MPa/độ)
Góc quay trục khuỷu (độ) Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 3600 vòng/phút - 50% bướm ga
-0.09 -0.06 -0.03 0 0.03 0.06 0.09 0.12
-20 -10 0 10 20 30 40
Tốc độ tăng áp suất (MPa/độ)
Góc quay trục khuỷu (độ) Xăng (12)
Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 6800 vòng/phút - 50% bướm ga
-0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15
-20 -10 0 10 20 30 40
Tốc độ tăng áp suất (MPa/độ)
Góc quay trục khuỷu (độ) Xăng (12)
Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 5200 vòng/phút - 70% bướm ga
-0.08 -0.06 -0.04 -0.02 0 0.02 0.04 0.06 0.08
-20 -10 0 10 20 30 40
Tốc độ tăng áp suất (MPa/độ)
Góc quay trục khuỷu (độ) Xăng (12)
Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 7600 vòng/phút - 70% bướm ga
Hình 3.20 Diễn biến tốc độ tăng áp suất trong xylanh động cơ khi bổ sung khí HHO+không khí vào đường nạp ở các góc đánh lửa khác nhau 3.2.7.4 Tốc độ tỏa nhiệt trong xylanh
Bổ sung khí HHO thì tốc độ tỏa nhiệt của động cơ sẽ tăng lên do tốc độ cháy và nhiệt trị của hyđrô lớn. Theo nhƣ kết quả đã phân tích ở mục 3.2.7.1, hỗn hợp nhiên liệu cháy nhanh hơn, vì vậy tốc độ tỏa nhiệt của quá trình cháy diễn ra nhanh hơn, tỏa nhiệt nhiều hơn.
Hình 3.21 thể hiện diễn biến của tốc độ tỏa nhiệt trong xylanh khi có và không có khí HHO bổ sung, ở các góc đánh lửa 120, 150 và 180 trước ĐCT; bướm ga mở 30%, 50% và 70%.
0 4 8 12 16 20
-20 -10 0 10 20 30 40
Tốc độ toả nhiệt (J/độ)
Góc quay trục khuỷu (độ)
Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+k.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 3200 vòng/phút - 30% bướm ga
0 1 2 3 4 5 6 7
-20 -10 0 10 20 30 40
Tốc độ toả nhiệt (J/độ)
Góc quay trục khuỷu (độ) Xăng (12)
Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18)
5600 vòng/phút - 30% bướm ga
0 5 10 15 20 25
-20 -10 0 10 20 30 40
Tốc độ toả nhiệt (J/độ)
Góc quay trục khuỷu (độ) Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 3600 vòng/phút - 50% bướm ga
0 2 4 6 8 10 12
-20 -10 0 10 20 30 40
Tốc độ toả nhiệt (J/độ)
Góc quay trục khuỷu (độ) Xăng (12)
Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18)
6800 vòng/phút - 50% bướm ga
0 2 4 6 8 10 12 14
-20 -10 0 10 20 30 40
Tốc độ toả nhiệt (J/độ)
Góc quay trục khuỷu (độ) Xăng (12)
Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18)
5200 vòng/phút - 70% bướm ga
0 2 4 6 8 10
-20 -10 0 10 20 30 40
Tốc độ toả nhiệt (J/độ)
Góc quay trục khuỷu (độ) Xăng (12)
Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18)
7600 vòng/phút - 70% bướm ga
Hình 3.21 Diễn biến tốc độ tỏa nhiệt trong xylanh động cơ khi bổ sung khí HHO+không khí vào đường nạp ở các góc đánh lửa khác nhau
3.2.7.5 Nhiệt độ cháy trong xylanh
Hình 3.22 thể hiện diễn biến nhiệt độ trong xylanh động cơ cho thấy, khi bổ sung thêm khí HHO vào đường nạp, do nhiên liệu cháy sớm hơn, tốc độ cháy nhanh
hơn nên nhiệt độ quá trình cháy tăng. Tuy nhiên, do quá trình cháy rớt giảm, nên nhiệt độ cuối quá trình cháy thấp hơn so với khi sử dụng xăng.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
-20 -10 0 10 20 30 40
Nhiệt độ (K)
Góc quay trục khuỷu (độ) Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15)
Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 3200 vòng/phút - 30% bướm ga
0 500 1000 1500 2000 2500
-20 -10 0 10 20 30 40
Nhiệt độ (K)
Góc quay trục khuỷu (độ)
Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12)
Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15)
Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18)
5600 vòng/phút - 30% bướm ga
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
-20 -10 0 10 20 30 40
Nhiệt độ (K)
Góc quay trục khuỷu (độ) Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 3600 vòng/phút - 50% bướm ga
0 500 1000 1500 2000 2500
-20 -10 0 10 20 30 40
Nhiệt độ (K)
Góc quay trục khuỷu (độ)
Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12)
Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15)
Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18)
6800 vòng/phút - 50% bướm ga
0 500 1000 1500 2000 2500
-20 -10 0 10 20 30 40
Nhiệt độ (K)
Góc quay trục khuỷu (độ) Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 5200 vòng/phút - 70% bướm ga
0 500 1000 1500 2000 2500
-20 -10 0 10 20 30 40
Nhiệt độ (K)
Góc quay trục khuỷu (độ)
Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12)
Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15)
Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18)
7600 vòng/phút - 70% bướm ga
Hình 3.22 Diễn biến nhiệt độ cháy trong xylanh động cơ khi bổ sung khí HHO+không khí vào đường nạp ở các góc đánh lửa khác nhau
3.2.8 Ảnh hưởng của việc cung cấp khí HHO cho động cơ xăng đến công suất, tiêu thu ̣ nhiên liê ̣u và phát thải
3.2.8.2. Công suất và suất tiêu hao nhiên liê ̣u
Hình 3.23 cho thấy biến thiên công suất và suất tiêu hao nhiên liê ̣u của động cơ theo các chế đô ̣ tải (đô ̣ mở bướm ga ) và tốc độ vòng quay khác nhau . Dễ thấy
rằng, nhờ sƣ̣ có mă ̣t của khí HHO mà công suất của đô ̣ng cơ tăng và suất tiêu hao nhiên liê ̣u của đô ̣ng cơ giảm . Tính trung bình theo các chế độ tải thì công suất của đô ̣ng cơ được cải thiê ̣n 3,59%; 2,94% và 2,30%, và suất tiêu hao nhiên liệu giảm 7,51%, 5,55% và 4,70% tương ứng với độ mở bướm ga lần lượt là 30%, 50% và 70%.
Hình 3.23 Biến thiên công suất và suất tiêu hao nhiên liê ̣u của động cơ khi sử dụng xăng và hỗn hợp xăng+HHO+không khí
3.2.8.3 Các thành phần phát thải trong khí xả động cơ
Hình 3.24 thể hiện sự biến thiên nồng độ CO , HC và NOx trong phát thải củ a động cơ ở các chế đô ̣ tải và tốc độ quay khác nhau .
Hình 3.24 Biến thiên nồng độ cá c thành phần phát thải CO, HC và NOx trong buồng cháy khi sử dụng xăng và hỗn hợp xăng+HHO+không khí
Do đô ̣ng cơ nguyên bản là đô ̣ng cơ sƣ̉ du ̣ng bô ̣ chế hòa khí nên hê ̣ số dƣ lươ ̣ng không khí thấp ( < 1), hỗn hợp đâ ̣m nên kết quả mô phỏng cho các thành phần phát thải CO và HC rất cao , đă ̣c biê ̣t là phát thải CO . Điều này phản ánh đúng với đô ̣ng cơ xe máy ở trên thƣ̣c tế , trong đó, thành phần phát thải CO luôn là thành phần đáng lưu tâm nhất.
Khi bổ sung khí HHO và không khí , nhờ sƣ̣ có mă ̣t của khí HHO mà quá
trình cháy đƣợc cải thiện , thể hiê ̣n ở tốc đô ̣ cháy tăng , tốc đô ̣ tỏa nhiê ̣t lớn nên đỉnh của đặc tính tốc độ tỏ a nhiê ̣t cao hơn và có xu hướng di ̣ch về phía gần ĐCT (tính theo góc quay tru ̣c khuỷu trong mỗi chu trình công tác của đô ̣ng cơ như được thể
hiê ̣n ở trên các hình 3.13 và 3.16). Ngoài ra , với viê ̣c bổ sung thêm không khí ,
=1,01 được cải thiê ̣n so với trường hợp chỉ cung cấp khí HHO , nhờ đó phản ứng cháy diễn ra hoàn toàn hơn và phát thải CO cũng nhƣ HC giảm ở tất cả các chế độ khảo sát . Tính trung bình theo từng chế độ tải thì phát thải CO giảm lần lươ ̣t là
14,14%; 12,68% và 14,95% tương ứ ng với các chế đô ̣ vâ ̣n hành ở 30%, 50% và 70% độ mở bướm ga. Trong khi đó phát thải HC giảm tương ứng là 12,58%; 7,72%
và 7,07%. Trong trường hợp cung cấp thêm không khí nhằm đa ̣t được hệ số dư lươ ̣ng không khí cao hơn thì mức đô ̣ cải thiê ̣n nồng đô ̣ các thành phần phát thải CO và HC có thể đạt đƣợc cao hơn nhờ hỗn hợp nhạt và tác dụng mạnh hơn của khí HHO ở hỗn hợp nha ̣t.